Неожиданная структура белка репарации ДНК может привести к новым методам лечения рака
Исследование под руководством Университета Айовы раскрыло неожиданную структуру, которую принимает белок репарации ДНК RAD52 при связывании и защите реплицирующейся ДНК в делящихся клетках. Это новое структурное и механистическое понимание комплекса RAD52-ДНК может помочь в разработке новых противораковых препаратов.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
"RAD52 — это желанная мишень для лекарств при лечении рака с дефицитом репарации ДНК, включая рак молочной железы, яичников и некоторые глиобластомы", — объясняет Мария Спайс, доктор философии, профессор биохимии и молекулярной биологии в Медицинском колледже Карвера Университета Айовы.
Этот белок является привлекательной мишенью, поскольку он необязателен для здоровых клеток человека, но становится необходимым для выживания раковых клеток с дефектами в репарации ДНК, например, с мутациями в генах BRCA1 и BRCA2.
Раковые клетки с дефицитом репарации зависят от резервных путей восстановления ДНК, одним из которых является RAD52. Это означает, что молекулы, блокирующие RAD52, могут быть полезны для лечения этих типов рака.
Уже показано, что ингибиторы RAD52 могут избирательно убивать раковые клетки и минимизировать токсичность, связанную с лучевой и химиотерапией. Это действие аналогично первым одобренным препаратам, нацеленным на рак с дефицитом BRCA1/2, — ингибиторам PARP. Однако многие пациенты быстро развивают устойчивость к ингибиторам PARP.
"Нацеливание на RAD52 (отдельно или вместе с ингибированием PARP) расширит арсенал доступных методов лечения. Но для разработки таких препаратов нам сначала необходимо понять, как RAD52 функционирует на молекулярном, структурном и клеточном уровне", — говорит Спайс.
Новая форма раскрывает возможные мишени для терапии
В новом исследовании команда Спайс в сотрудничестве с коллегами из Италии и Университета Айовы обнаружила структурную и функциональную информацию о RAD52, которая может помочь в разработке новых способов ингибирования этого белка.
Двойная кольцевая структура защищает ДНК
Ранее было показано, что RAD52 важен для защиты остановленных вилок репликации ДНК, что способствует выживанию раковых клеток.
В новом исследовании команда использовала криогенную электронную микроскопию (CryoEM), чтобы показать, что белки RAD52 образуют неожиданную катушкообразную структуру, состоящую из двух колец RAD52, каждое из которых содержит 11 копий белка. Эта структура взаимодействует со всеми тремя "плечами" вилки репликации ДНК, изменяет её структуру и защищает от чрезмерной деградации.
Для получения изображения команда создала ДНК-субстрат, имитирующий остановленную вилку репликации. Этот субстрат фиксирует комплекс RAD52, сводя два кольца вместе со всеми тремя плечами ДНК. Это позволило получить детальную 3D-структуру всего белково-ДНК комплекса.
Используя специализированные микроскопы, исследователи также смогли отслеживать взаимодействия RAD52-ДНК на уровне отдельных молекул, показав, что защита вилки происходит через динамические белок-ДНК взаимодействия.
"Хотя структура одиночного кольца наблюдалась ранее, это первая структура, показывающая два кольца вместе на ДНК, выполняющие неожиданную функцию. Эта новая структура дает подсказки о том, какие важные области белка могут быть нацелены для будущего открытия лекарств", — говорит Спайс.
Нацеливание на RAD52 для создания новых противораковых препаратов
У команды Спайс уже есть малые молекулы, которые связываются и ингибируют RAD52. Для превращения их в тестируемые препараты их необходимо доработать, чтобы повысить эффективность и специфичность.
Структурные и биофизические результаты были дополнены вычислительными исследованиями и клеточными экспериментами с супер-разрешающей микроскопией. Совместные усилия выявили важность двухкольцевой архитектуры RAD52 для его способности выступать в роли "привратника" репликации ДНК и для выживания раковых клеток.
"Эта работа и полученные в ходе исследования знания о структуре и активности закладывают основу для будущих исследований функций и регуляции RAD52 и предлагают новые мишени для его ингибирования. Надеюсь, эта информация поможет нам разработать новые ингибиторы этого белка и раскрыть потенциал RAD52 как мишени для противораковых препаратов", — заключает Спайс.